华电连江风电厂110kv升压变电站接地网优化设计毕业论文(编辑修改稿)

华电连江风电厂110kv升压变电站接地网优化设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的增减。 Ke2 为所外接地时，避雷线向两侧的分流系数，一般取 ，这仅适于变电所内有变压器中性点接地的所外接地。 取值时，要考虑 10 年以上的发 展规划，需乘以 ~ 的发展系数；在散流比较困难的地方，还应乘以散流系数。 由上述取值可得出，只有当变电所内有两个中性点接地时，所外接地时的入地短路电流才有可能大于所内短路的入地短路电流。 6 土壤电阻率 ρ的取值 土壤电阻率 ρ是决定接地网的关键参数，选择变电所所址时，要考虑所在地的土质情况，接地网处的土壤分层情况，不能仅取表层土壤的电阻率 ρ，若土壤电阻太大，接地网的接地电阻值满足不了 R≤20xx/I 的要求。 接地电阻值的要求 根据电力行业标准 DL/T 621197 规 定，接地装置的接地电阻值应满足 R≤20xx/I，即 IR 20xxV。 由于现在普遍采用微机保护，其对接地电阻值的要求很高，即 R 1ρ，20xxV 难以满足要求，故有的采取铺设接地铜排等措施来降低接地电阻值，国外有的已要求 IR 650V。 （ 1）电气装置的下列部分均应接地： 1）变压器、油开关、 35PT、 35CT、所用变、刀构架等金属底座和外壳。 2）控制保护用二次线等及外壳等可靠接地。 3）控制设备的金属外壳。 4）避雷针 （ 2）电气装置的下列部分可不接地： 1)安装在配电屏、控制盘和配电装置上的 电气测量仪表、继电器和其它低压电器等的外壳以及发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。 2)安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。 （ 3） 接地装置宜采用钢材，接地装置的导体截面应符合热稳定和机械强度的要求，但应不小于下表（ 21） 规格。 7 表 21 钢材安装要求表 种类 规格及单位 地上 地下 室内 室外 交流电流回路 直流电流回路 园钢 直径（ mm） 6 8 10 12 扁钢 载面（ mm2） 厚度（ mm） 60 3 100 4 100 4 100 6 角 钢厚度（ mm） 钢管管壁厚度（ mm） 2 2． 5 2． 5 2． 5 4 3． 5 6 4． 5 规范中严格规定电力系统各种接地装置的电阻值，接地网的设计就是以此为目标值。 了解接地网电阻构成，在设计中可以在主要影响接地网电阻的环节采取相应的措施，以降低接地网的电阻值。 接地网的电阻由以下几个部分构成： (1)接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。 (2)接地体本身的电阻，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。 (3)接地体 表面与土壤的接触电阻，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。 (4)从接地体开始向远处（ 20 米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。 决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。 接地电阻虽由四部分构成，但前两项所占接地电阻值的比例甚微，起决定作用的是接触电阻及散流电阻。 故从接地网的接地体的量佳埋设深度和不等长接地体技术，两面三个方面来论述降低接触电阻和散流电阻 的措施。 (5)垂直接地体的量佳埋置深度，是指能使用权散流电阻尽可能达到的埋置深度。 决定垂 直接地体的量佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网（即埋置深度与等值半径之比大于 1/10）。 在可能的范围内埋置深度应尽可能取最大值，但并不是埋置深度L 越深越佳。 (6)接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于名单一接地体埋置的间距仅等于单一接地体长度的两倍左右，此时电流流入名单一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加名单一 8 接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用 ，如图一所示：由于屏蔽作用，接地体的流散电阻，并不等于名单一接地体流散电阻的并联值。 从理论上说，距离接地体 20 米处为电气上的 “地 ”，故极间距离为 40 米时，可以认为其利用系数 η为 L。 在接地网的接地体的布置上，是很难做到两单一接地体之间距离为 40 米，为解决在设计中与理论分析中的矛盾，采取不等长接地体的体系结构，即各垂直接地体的埋置深度各不相等，便可达到良好的效果。 不等长接地体技术，从理论上到实践应用中，都较好的解决了多个单一接地体间的屏蔽作用。 对接地网优化设计的分析 改善导体的泄漏电 流密度分布 表（ 11） 是面积为 190 m170 m的华电连江风电厂 110 kV 升压变电站接地网，在导体根数相同的情况下，分别按 10 m 等间距布置和平均 10 m 不等间距布置。 沿平行导体 ① 、 ② 、 ③ 、 ④ 、 ⑤ 的泄漏电流密度分布曲线见 表（ 21）。 从 表 中可见，不等间距布置的接地网，边上导体 ① 的泄漏电流密度较等间距布置的接地网平均低 15%左右；对于导体 ② 的泄漏电流密度，这两种布置的接地网几乎相等 (仅相差 %)；对于中部导体 ③ 、 ④ 、 ⑤ ，不等间距布置的接地网的泄漏电流较等间距布置的接地网分别提高了 9%， 14%和 15%。 由此可见，不等间距布置能增大中部导体的泄漏电流密度分布，相应降低了边缘导体的泄漏电流密度，使得中部导体能得到更充分的利用。 均匀土壤表面的电位分布 由表 （ 21） 可知，不等间距布置的接地网能较大地改善表面电位分布，其最大与最小网孔电位的相对差值不超过 %，使各网孔电位大致相等，而等间距地网，其最大与最小网孔电位的相对差值在 %以上。 同时不等间距地网的最大接触电势较等间距地网的最大接触电势降低了 %，极大地提高了接地网的安全水平。 计算结果比较布置 最大网孔电位 Vmax／ kV 最小网孔电位 Vmin／ kV 最大接触电势 Vjmax／ kV 接地电阻 R／ Ω δ／ % ； 等间距 ； 不等间距。 9 注： 1)δ=(VmaxVmin)／ Vmin； 2)地网面积为 190 m170 m； 3)长方向导体根数 n1=18，宽方向导体根数 n2=20。 节省大量钢材和施工费用 如果按 10 m等间距布置的华电连江风电厂 110 kV 升压变电站接 地网，最大接触电势在边角网孔，其值为 kV，但采用不等间距布置时，保持最大接触电势与该值接近，这时可节省钢材 %。 10 3 城市变电站接地网的设计 近年来上海电网容量急剧扩大，系统短路故障电流越来越大，为确保系统短路快速散失，保证人身安全和电气设备的安全远行，生产运行等部门对降低变电站接地网的接地电阻值提出了更高、更严格的要求。 随着变电站进入市区和住宅小区，大量GIS 设备的应用，使得变电站的布置紧凑、 占地面积更小。 过去变电站的接地网的设计一般以水平接地网为主。 由接地电阻值估算公式：（附 1）可知其接地电阻值大小与土壤电阻率成正比而与水平接地网边缘闭合面积的大小成反比，也就是说当土壤电阻率为一定值时，降低接地电阻值需将接地网的面积做得很大。 如今越来越多的变电站建于高楼林立，寸土寸金，地域较狭窄的市区，若仍按以往水平接地网为主思路的来设计接地网，则变电站接地网的接地电阻值往往达不到要求。 由于受变电站征地、地形等各方面原因的限制，接地网向水千方向扩张的可能性很小，人们将注意的焦点集中到向纵深方向发展，为此三维立体接地网技术应运而生。 三维立体接地网基本原理 在水平接地网基础上把多 根经过计算人地深度、位置和根数的垂直超深度钢镀铜接地棒打入地下深处，并与水平接地网连接起来，在地下的深层形成的半球散流接地网称为三维立体接地网。 其主要特点是通过垂直超深度钢镀铜接地棒来降低整个地网的接地电阻值。 可见接地电阻值随垂直超深度钢镀铜接地棒长度的增加和土壤电阻率的减小而减小。 在实际三维立体接地网中，垂直超深度钢镀铜接地棒较长，它能穿透到地中深层，受地中矿物质、地下水等因素影响，有些地方还会出现低土壤电阻率，使接地电阻大大降低。 我们曾在惠南变电站三维立体接地网施工现场收集了 3 组 25m的垂直超深度钢镀铜接地棒 (共有 24 组 )实测的工频接地电阻值分别为 0． 36Ω， 0． 29Ω，0． 30Ω，可喜的是实测值远远低于计算值 1． 63Ω，就充分说明了这点。 当单根垂直超深度钢镀铜接地棒的接地电阻不能满足要求时，可以通过垂直超深 11 度钢镀铜接地棒并联，组成三维立体接地网。 因此其等值接地电阻值也将随 BSF 型垂直超深度钢镀铜接地棒的接地电阻的降低而降低。 以往福州地区变电站的接地网是以水平接地网为主的，福州地区的土壤电阻率较低，一般取 30～ 50Ωm，若以接地电阻估算公式：（附 1）来判别福州地区变电站接地网的接地电阻值，基本上能 100％地满足旧标准 R≤0． 5Ω 的要求。 1998 年 1 月 1日起实施的 DL／ T621—1997《交流电气装置的接地》新规程要求接地装置的接地电阻值应符合 R≤20xx／ IΩ，重申了故障时接地网的电位升高不超过 20xxV 的规定。 按福州电网若干技术原则规定 220kV 短路电流取 50kA， 110kV 短路电流取 25kA，土壤电阻率取 30Ωm 时，则 220kV 变电站接地网的接地电阻标准值应为 R≤20xx／I=20xx／ 50 x103=0． 04Ω， 110kV 变电站接地网的接地电阻标准值应为 R≤20xx／I=20xx／ 25103=0． 08Ω，由此可见新标准对不同电压等级的变电站地网的接地电阻值的要求远比旧标准中 R≤0． 5Ω的笼统提法要严谨。 为使福州地区变电站接地网的接地电阻值满足观行标准 R≤20xx／ IΩ 的要求。 在总结多年设计经验的基础上， 20xx 年我们对福州地区的 220kV、南门、红山、浦建 4个变电站的接地系统应用三维立体接地网技术进行优化设计。 我们在传统的水平接地网基础上，采用垂直超深度钢镀铜接地棒，应用它超深降阻的原理，将其作为水平接地网的垂直接地极，并与传统设计中的水平接地网相连组成一 个三维立体接地网来达到降低整个变电站接地装置的接地电阻值。 通过计算垂直超深度钢镀铜接地棒的入地深度并运用合理的布点位置及根数，首次使这 4 个 220kV 变电站接地网的接地电阻计算值达到 R≤0． 04Ω，发生接地故障时，接地装置的标准电位为 Ug=20xxV，完全符合上海电网若干技术原则规定及电力行业标准 (DL／ T621—1997)《交流电气装置的接地》的要求。 上述 4 个变电站的复合接地网中的垂直超深度钢镀铜接地棒的长度在25～ 30m，土壤电阻率为 30Ωm，按传统水平接地网设计和按三维立体接地网优化设计后的这 4 个站接 地电阻值的计算数据。 12 垂直超深钢镀铜接地棒 上述 4 个变电站的接地网的接地电阻值不论从计算结果还是从施工现场情况分析及对已完工的 220kV 南门站接地网接地电阻值的实测为 0． 036Ω的结果来看，都达到了三维立体接地网设计的预期效果。 采用垂直超深度钢镀铜接地棒传统的水平接地网相联组成的三维立体接地网，确实起到了降低接地网的接地电阻值并使其满足R≤20xx／ IΩ 标准要求。 解决了以往设计中变电站接地网接地电阻值受变电站占地面积大小制约的问题，同时又避免了若变电站接地网的接地电阻值不满足 R≤20xx／ IΩ的标准要求时将会出现的一系列问题。 优劣 垂直超深钢镀铜接地棒是三维立体接地网降阻和快速向大地深处泄流的关键，其产品的优劣直接影响到变电站接地网的质量。 上海地区变电站三维立体接地网采用的均为上海邦盛防电避雷技术有限公司从欧洲地区引进的 BS—F 型垂直超深钢镀铜接地棒，是由纯度为 99． 9％的电解铜分子覆盖到低碳钢芯上制成的，钢镀层厚度为0． 250mm 以上，具有很强的耐腐蚀性，将其弯曲 180176。 后不会出现裂缝和剥落。 棒芯是用特制的硬质钢材料，具有高达 600N／ mm2 抗拉强度，所以借助特殊冲击 钻能将接地棒垂直联接打入地下 35m处，在地下使用寿命可达 30 年以上，可与变电站设计的使用寿命相同步。 在水平基础上把多根垂直超深度钢镀铜接地棒打入地下并与水平接地网连接起来就形成三维立体接地网。 三维立体接地网能将入地电流迅速引入土壤深层流散，因而能有效地降低接地网的电阻。 其降阻的作用绝不能单纯看作是多根垂直超深度钢镀铜接地棒接地电阻的简单并联，它与垂直超深度钢镀铜接地棒接地的深度及布点的位置和根数有着密切联系，若设计不当，其降阻的效果并不明显，这是由于增设的垂直超深度钢镀铜接地棒的降阻的作用被水平接 地网和垂直超深度钢镀铜接地棒相互屏蔽抵消的缘故。 在水平接地网的边角和外围的地方装设垂直超深度钢镀铜接地棒可最大限度降低接地电阻，而且装设的垂直超深度钢镀铜接地棒在水平接地网外围上应尽可能均匀分布以拉开距离，使垂直超深度钢镀铜接地棒间互相屏蔽的作用尽可能减少。 13 装设的垂直超深度钢镀铜。